Hlavná

Efektívna clona antény

Užitočný parameter na výpočet prijímacieho výkonu antény jeefektívna oblasťaleboefektívna clona.Predpokladajme, že na anténu dopadá rovinná vlna s rovnakou polarizáciou ako prijímacia anténa.Ďalej predpokladajme, že vlna postupuje smerom k anténe v smere maximálneho vyžarovania antény (smer, z ktorého by sa prijímalo najviac energie).

Potomefektívna clonaparameter popisuje, koľko energie je zachytené z danej rovinnej vlny.Nechajpje hustota výkonu rovinnej vlny (vo W/m^2).AkP_tpredstavuje výkon (vo wattoch) na anténnych termináloch dostupných pre prijímač antény, potom:

2

Efektívna plocha teda jednoducho predstavuje, koľko energie je zachytené z rovinnej vlny a dodávané anténou.Táto oblasť ovplyvňuje straty vlastné anténe (ohmické straty, dielektrické straty atď.).

Všeobecný vzťah pre efektívnu apertúru z hľadiska maximálneho zisku antény (G) akejkoľvek antény je daný:

3

Efektívna clona alebo efektívna plocha sa môže merať na skutočných anténach porovnaním so známou anténou s danou efektívnou clonou alebo výpočtom pomocou nameraného zisku a vyššie uvedenej rovnice.

Efektívna clona bude užitočným konceptom na výpočet prijímaného výkonu z rovinnej vlny.Ak to chcete vidieť v praxi, prejdite na ďalšiu časť o Friisovom prevodovom vzorci.

Friisova prevodová rovnica

Na tejto stránke uvádzame jednu z najzákladnejších rovníc v teórii antén, tzvFriisova prevodová rovnica.Friisova prenosová rovnica sa používa na výpočet výkonu prijímaného z jednej antény (so ziskomG1), pri vysielaní z inej antény (so ziskomG2), oddelené vzdialenosťouRa pracujú na frekvenciifalebo vlnová dĺžka lambda.Táto stránka stojí za prečítanie niekoľkokrát a mala by byť úplne pochopená.

Odvodenie Friisovho prevodového vzorca

Ak chcete začať odvodzovať Friisovu rovnicu, zvážte dve antény vo voľnom priestore (v blízkosti nie sú žiadne prekážky) oddelené vzdialenosťouR:

4

Predpokladajme, že ( )Watty celkového výkonu sú dodávané do vysielacej antény.Pre túto chvíľu predpokladajme, že vysielacia anténa je všesmerová, bezstratová a že prijímacia anténa je vo vzdialenom poli vysielacej antény.Potom hustota výkonup(vo wattoch na meter štvorcový) rovinnej vlny dopadajúcej na vzdialenosť prijímacej antényRz vysielacej antény je dané:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

Obrázok 1. Vysielacie (Tx) a prijímacie (Rx) antény oddelené pomocouR.

5

Ak má vysielacia anténa zisk antény v smere prijímacej antény daný ()), potom vyššie uvedená rovnica hustoty výkonu bude:

2
6

Pojem zisku ovplyvňuje smerovosť a straty skutočnej antény.Predpokladajme teraz, že prijímacia anténa má efektívnu clonu danú().Potom výkon prijímaný touto anténou ( ) je daný:

4
3
7

Pretože efektívna clona pre akúkoľvek anténu môže byť vyjadrená aj ako:

8

Výsledný prijatý výkon možno zapísať ako:

9

Rovnica 1

Toto je známe ako Friis Transmission Formula.Vzťahuje stratu dráhy voľného priestoru, zisky antény a vlnovú dĺžku k prijímanému a vysielaciemu výkonu.Toto je jedna zo základných rovníc v teórii antén a mala by sa pamätať (rovnako ako vyššie uvedené odvodenie).

Ďalšia užitočná forma Friisovej prenosovej rovnice je uvedená v rovnici [2].Keďže vlnová dĺžka a frekvencia f súvisia s rýchlosťou svetla c (pozri úvod na stránku s frekvenciou), máme Friisov vzorec prenosu z hľadiska frekvencie:

10

Rovnica 2

Rovnica [2] ukazuje, že viac energie sa stráca pri vyšších frekvenciách.Toto je základný výsledok Friisovej prevodovej rovnice.To znamená, že pre antény so špecifikovanými ziskami bude prenos energie najvyšší pri nižších frekvenciách.Rozdiel medzi prijatým a prenášaným výkonom je známy ako strata cesty.Inak povedané, Friis Transmission Equation hovorí, že strata cesty je vyššia pre vyššie frekvencie.Dôležitosť tohto výsledku z Friis Transmission Formula nemožno preceňovať.To je dôvod, prečo mobilné telefóny vo všeobecnosti pracujú na frekvencii nižšej ako 2 GHz.Pri vyšších frekvenciách môže byť k dispozícii viac frekvenčného spektra, ale súvisiaca strata cesty neumožní kvalitný príjem.Ako ďalší dôsledok Frissovej prenosovej rovnice predpokladajme, že sa vás pýtajú na 60 GHz antény.Všimnite si, že táto frekvencia je veľmi vysoká, môžete povedať, že strata cesty bude príliš vysoká pre komunikáciu na veľké vzdialenosti - a máte úplnú pravdu.Pri veľmi vysokých frekvenciách (60 GHz sa niekedy označuje ako oblasť mm (milimetrová vlna)) je strata cesty veľmi vysoká, takže je možná len komunikácia z bodu do bodu.K tomu dochádza, keď sú prijímač a vysielač v rovnakej miestnosti a sú oproti sebe.Ako ďalší dôsledok Friis Transmission Formula, myslíte si, že sú mobilní operátori spokojní s novým LTE (4G) pásmom, ktoré funguje na 700 MHz?Odpoveď je áno: toto je nižšia frekvencia, než na ktorej antény tradične fungujú, ale z rovnice [2] poznamenávame, že strata cesty bude preto tiež nižšia.Preto môžu týmto frekvenčným spektrom „pokryť viac pôdy“ a vedúci pracovník spoločnosti Verizon Wireless nedávno nazval toto „vysoko kvalitné spektrum“ práve z tohto dôvodu.Bočná poznámka: Na druhej strane, výrobcovia mobilných telefónov budú musieť umiestniť anténu s väčšou vlnovou dĺžkou do kompaktného zariadenia (nižšia frekvencia = väčšia vlnová dĺžka), takže práca dizajnéra antény sa trochu skomplikovala!

Nakoniec, ak antény nie sú polarizačne prispôsobené, vyššie prijatý výkon by sa mohol vynásobiť faktorom straty polarizácie (PLF), aby sa správne zohľadnil tento nesúlad.Vyššie uvedená rovnica [2] môže byť zmenená, aby sa vytvoril všeobecný Friisov prenosový vzorec, ktorý zahŕňa nesúlad polarizácie:

11

Rovnica 3


Čas odoslania: Jan-08-2024

Získajte produktový list